国核电站运行服务技术有限公司 严小波 范国华

本文通过对镍基合金对接焊缝检查的检验设备、检验探头及检验技术参数等方面进行综合论证，以验证镍基合金对接焊缝手动超声检验技术的有效性，确保检验结果的可靠性。主要研究镍基合金对接焊缝，被检验容器对接焊缝的外径规格(mm)、材质、厚度t（mm）为Ф2400/UNS N10003/10～90；被检验管对接焊缝的外径规格(mm)、材质、厚度t（mm）分别为Ф44～Ф50/UNS N10003/5，Ф114/UNS N10003/8.5，Ф144.3/UNS N10003/7.1，Ф345/UNS N10003/35。被检焊缝剖口型式如图1、图2。

图1 厚度t≥40对接焊缝

图2 厚度t＜40对接焊缝

1 检验要求及检验设备

1.1 检验目的

检验出焊缝检验区域内存在的气孔、未熔合和裂纹等缺陷，并应能对缺陷进行定量、定位和定性，其中缺陷的定量包括测量其当量大小、缺陷长度测量和缺陷高度测量。

1.2 缺陷的定量要求

缺陷长度测量均方根误差不超过19mm；容器缺陷高度测量均方根误差不超过6mm；管道误差不超过3mm；按照图3计算线性回归的斜率，应至少为0.7：线性回归线的斜率不小于0.7，计算方式参考公式2。图3中直线A为线性回归线，y=a+bx，是由n个数据点(x1,y1)…(xn,yn)用最小二乘法得到的最佳拟合直线，n=数据点的数量。图3中直线B为理想直线，y=x（最好的超声测量结果），相关系数定义如式3。

图3 缺陷高度二维线性图统计参数

1.3 检验设备

试验所采用超声波仪器为GE公司生产的USN60型，属于A型脉冲反射式数字式超声波仪器。

校准试块。镍基合金对接焊缝的超声检验所采用的校准试块依据ASME标准第V卷和XI要求进行设计和制造，所采用的材料、规格及热处理工艺与实际产品一致，具有相应的孔和内外槽。

2 超声检验技术论证分析

2.1 技术验证试块

试块的厚度范围为8.56mm～94mm，覆盖检验对象的范围；试块的曲率为Ф114.3mm～Ф1088mm，覆盖镍基合金管道检验对象的范围。技术验证采用的试块、规格（mm）、材质分别为：管对接焊缝校准试块TSMR-T1/L1，Ф48.3×5.08，母材UNS N10003、焊丝ERNiMo-2；异种金属焊缝缺陷模拟试块/UT-DC01，Ф42.2×4.85，不锈钢段母材316LN、碳钢段母材SA508III、预堆边Sanicro71、焊缝Sanicro72；管对接焊缝校准试块/UTSK-07，Ф114.3×8.56，母材UNS N10003、焊丝ERNiMo-2；异种金属焊缝缺陷模拟试块/02-AB，Ф298×38，不锈钢段母材316LN、碳钢段母材SA508III、预堆边Inconel 152、焊缝Inconel 52M；异种金属焊缝缺陷模拟试块/01-AB，Ф1088×94，不锈钢段母材316LN、碳钢段母材SA508III、预堆边Inconel 152、焊缝Inconel 52M。

表1 镍基合金对接焊缝所采用的探头参数

表2 镍基合金焊缝模拟自然缺陷试块缺陷参数（单位mm）

为验证以上代表性的说明，分别采用与02-AB试块相同的异种金属焊缝和UNS N10003镍基合金同种金属焊缝制作了性能对比试块，采用2.0MHz2×8.6×15.2LA45FS30探头并采用相同检测工艺分别扫查两种试块上不同深度的Ф3mm横孔的当量、深度值及信噪比的差异。根据实验结果可得，对于不同位置（相对焊缝中心线）、不同深度、相同尺寸和类型的反射体，镍基合金焊缝试块与异种金属焊缝试块超声检验灵敏度相当、显示深度基本一致、信噪比相当，说明两种材料对于超声波能量衰减、超声波传播方向的影响、缺陷信号的分辨情况基本一致，从而进一步说明可采用镍基预堆边接管安全端焊缝试块来代表镍基母材对接焊缝试块。

2.2 模拟缺陷试块试验

对技术验证试块（Ф42.2×4.85mm、Ф48.3×5.08mm、Ф114.3×8.56mm、Ф298×38mm和Ф1088×94mm）的对接焊缝模拟自然缺陷进行超声波手动检测试验（表3）。

表3 模拟缺陷反射体试验结果

根据试验结果，可得出如下结论：

所采用的检验技术能检出模拟缺陷试块上所有的模拟自然缺陷，反射体中包括高度为0.5mm～28.1mm，且与法线夹角为0～15°的裂纹类、夹渣类及未熔合类等缺陷；对于Ф42.2× 4.85mm模拟缺陷试块的检验，所有缺陷高度测量的均方根误差为0.53mm，长度测量均方根误差为3.92mm，定位误差为-1mm～2mm；对于Ф48.3×5.08mm模拟缺陷试块的检验，所有缺陷高度测量的均方根误差为2.11mm，长度测量均方根误差为3.67mm，定位误差为-2.5mm～6mm。

对于Ф114.3×8.56mm模拟缺陷试块的检验，所有缺陷高度测量的均方根误差为1.39mm，长度测量均方根误差为1.29mm，定位误差为-1.5mm～2mm；对于Ф298×34mm模拟缺陷试块的检验，所有缺陷高度测量的均方根误差为0.44mm，长度测量均方根误差为3.11mm，定位误差为-2mm～3.12mm；对于Ф1088×94mm模拟缺陷试块的检验，所有缺陷高度测量的均方根误差为1.14mm，长度测量均方根误差为6.82mm，定位误差为-5.69mm～8mm，且线性回归斜率为1.06。

3 结论

通过实际测试试验，所采用的检验技术能够检出模拟缺陷试块上所有的反射体，检测技术的能力覆盖镍基合金对接焊缝的检验要求；三种类型的模拟缺陷试块上所有自然缺陷高度测量的均方根差为0.44～2.11mm，满足ASME规范高度测量均方根误差小于3.2mm的要求；且焊缝的缺陷高度线性回归斜率为1.06，满足线性回归斜率至少为0.7的要求；三种类型的模拟缺陷试块上所有自然缺陷长度测量的均方根差为1.29～6.82mm，满足ASME规范长度测量均方根误差小于19mm的要求；三种类型的模拟缺陷试块上所有自然缺陷最大位置偏差为-5.69～8mm，满足ASME规范缺陷定位误差应在±13mm范围内的要求；采用的超声波仪器（USN60）能够有效满足镍基合金对接焊缝的超声波检验要求。

镍基合金对接焊缝的超声检验的设备、校准试块、超声检验技术均满足相关标准规范对镍基合金对接焊缝的要求，检验技术有效。